當(dāng)前，全球能源緊缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，氫能和燃料動力鋰電池是未來重要發(fā)展方向和趨勢，燃料動力鋰電池汽車被認(rèn)為是未來新能源汽車的最終選擇。國務(wù)院在《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》明確了至2020年，中央財政將投入1000億元用于扶持新能源汽車產(chǎn)業(yè)?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》重點(diǎn)提出了對燃料動力鋰電池汽車整車設(shè)計、集成和制造技術(shù)，動力系統(tǒng)集成與控制技術(shù)，汽車計算平臺技術(shù)，高效低排放內(nèi)燃機(jī)、燃料動力鋰電池發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵部件的技術(shù)規(guī)定?！段覈圃?025》明確提出了燃料動力鋰電池汽車及其關(guān)鍵部件的技術(shù)路線圖，對燃料動力鋰電池關(guān)鍵材料的研發(fā)提出了技術(shù)目標(biāo)。

燃料動力鋰電池混合動力汽車來了

針對燃料動力鋰電池電壓電流輸出特性及動態(tài)響應(yīng)滯后的特點(diǎn)，基于城市公交大客車運(yùn)行時，驅(qū)動與制動功率波動頻率高、幅度大以及長續(xù)駛里程的總驅(qū)動與制動能量較大等工況特點(diǎn)和難點(diǎn)，以清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主的氫燃料動力鋰電池客車動力系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊，率先提出并研制成功燃料動力鋰電池加動力鋰離子電池的電-電混合動力系統(tǒng)。

燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)重要包括燃料動力鋰電池、輔助動力源、DC/DC變換器等部件。燃料動力鋰電池系統(tǒng)作為車輛常規(guī)運(yùn)行時的重要動力源，為車輛的常規(guī)運(yùn)行供應(yīng)所需能量；輔助動力源為蓄電池或超級電容器，供應(yīng)車輛在啟動、加速、爬坡等特殊工況下所需功率。如此，既能保證車輛在不同工況下所需的能量，同時能夠減小對燃料動力鋰電池的沖擊，提高燃料動力鋰電池的壽命。

通常，根據(jù)燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)動力源裝置的搭配方法以及它們與電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)之間的連接方式來含義系統(tǒng)構(gòu)型。根據(jù)燃料動力鋰電池系統(tǒng)是否與電機(jī)控制器直接相連分為直接燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)和間接燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)。

（1）直接燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)

圖1為直接燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)。燃料動力鋰電池系統(tǒng)直接與電機(jī)控制器相連，同時，使用蓄電池或者超級電容作為輔助動力裝置，并且蓄電池組（超級電容）和動力系統(tǒng)的直流母線之間使用雙向DC/DC變換器。

（2）間接燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)

圖2為間接燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)。在燃料動力鋰電池系統(tǒng)前面使用單向DC/DC變換器來對燃料動力鋰電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行電壓匹配，并對燃料動力鋰電池系統(tǒng)的輸出功率進(jìn)行控制，輔助動力源裝置選用蓄電池組或超級電容，并直接與直流母線相連接。

燃料動力鋰電池直接驅(qū)動構(gòu)型中，為滿足車輛良好的動力性，燃料動力鋰電池動力系統(tǒng)（FCE）必須具有良好的動態(tài)特性和V-I特性，同時，為防止FCE瞬時大功率放電導(dǎo)致的母線電壓過低而損壞燃料動力鋰電池堆，F(xiàn)CE的額定功率取值也相對偏高。

燃料動力鋰電池間接驅(qū)動構(gòu)型中，由于DC/DC變換器的用途，實(shí)現(xiàn)了FCE與儲能系統(tǒng)（ESS）的功率耦合和電壓隔離，有利于對燃料動力鋰電池動力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)，在目前燃料動力鋰電池的技術(shù)水平下，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的混合動力系統(tǒng)構(gòu)型。

燃料動力鋰電池混合動力汽車具備發(fā)展優(yōu)勢

（1）能夠提高燃料動力鋰電池的使用壽命

燃料動力鋰電池混合動力汽車是燃料動力鋰電池與動力鋰離子電池混合，動力鋰離子電池供應(yīng)車輛啟動、加速、減速等非穩(wěn)態(tài)下所需的大功率，平均功率由燃料動力鋰電池供應(yīng)，使燃料動力鋰電池運(yùn)行工況基本不變，負(fù)載變化較小，輸出功率平穩(wěn)，對燃料動力鋰電池的瞬時沖擊小，能夠大大提高燃料動力鋰電池的使用壽命。動力鋰離子電池作為燃料動力鋰電池混合動力汽車的輔助動力源，可以通過控制動力鋰離子電池的充放電功率，提高動力鋰離子電池的使用壽命。

（2）規(guī)模越大，成本越低

依據(jù)當(dāng)前燃料動力鋰電池汽車路線圖，到2020年有望發(fā)展到1千輛，燃料動力鋰電池成本與規(guī)模有很大的關(guān)系，規(guī)模越大，成本越低。如燃料動力鋰電池汽車與320~350kwh的純電動汽車成本基本持平。隨著燃料動力鋰電池逐步產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，規(guī)模不斷擴(kuò)大，成本有望逐步下降。

（3）提高市場競爭力

工信部、財政部、科技部和發(fā)改委《新能源汽車推廣補(bǔ)貼方法及產(chǎn)品技術(shù)要求》中對燃料動力鋰電池乘用車實(shí)行20萬元/輛補(bǔ)貼，輕型貨車、客車30萬元/輛補(bǔ)貼，大型客車、中重型貨車50萬元/輛的補(bǔ)貼，純電動大巴汽車將在2019年會有退坡政策，這樣燃料動力鋰電池混合動力汽車將具有很大的市場競爭力。

（4）加注時間短，續(xù)航里程長

燃料動力鋰電池混合動力汽車加氫時間短，一般為3~5min，續(xù)航里程可達(dá)到500km以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)純電動汽車的續(xù)航里程。

國內(nèi)燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)主流整車廠開發(fā)的燃料動力鋰電池客車、物流車、乘用車等均采用燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)，用氫燃料動力鋰電池搭配一定功率的動力鋰離子電池作為車輛動力源。氫燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)最先在客車進(jìn)行示范推廣和商業(yè)化應(yīng)用。

宇通最新一代燃料動力鋰電池城市客車采用電-電混合動力系統(tǒng)，配備了額定功率為30kW的燃料動力鋰電池系統(tǒng)同時搭載40-60kWh鋰離子動力鋰離子電池，車身頂部設(shè)置了8個140L的氫瓶，續(xù)駛里程超過300km，每一次加氫只要10-15min。

福田歐輝8.5米氫燃料動力鋰電池客車由1臺頂置30kW燃料動力鋰電池電堆、4個頂置氫瓶和40kWh鋰離子電池所構(gòu)成，續(xù)航里程可以達(dá)到350km。2016年福田汽車獲得世界最大氫燃料動力鋰電池客車商業(yè)化訂單，其采用億華通氫燃料動力鋰電池動力系統(tǒng)，預(yù)計2017年全部交付運(yùn)營。

佛山飛馳開發(fā)的燃料動力鋰電池客車配置60kW燃料動力鋰電池電堆，輔助配備36kWh鋰離子動力鋰離子電池，勻速行駛時續(xù)航里程大于300km。

上海榮威950氫燃料動力鋰電池乘用車使用氫燃料混合動力系統(tǒng)，其中燃料動力鋰電池由大連新源動力股份有限公司供應(yīng)，鋰離子動力鋰離子電池由上海航天電源技術(shù)有限責(zé)任公司供應(yīng)，續(xù)航里程大于400km，最高時速可達(dá)到160km/h。

國外燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

國外市場以燃料動力鋰電池乘用車為主，日本豐田已于2014年十二月推出了世界首款量產(chǎn)的氫燃料動力鋰電池汽車“Mirai”，其續(xù)航里程近500km。

2015年十月在東京車展上，本田正式公布了旗下氫燃料動力鋰電池車型FCV的量產(chǎn)車型—Clarity，可供應(yīng)700km的最大續(xù)航里程，并已于2016年上市。不同于我國燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)中動力鋰離子電池的用途，Mirai和Clarity配備的鎳氫電池/鋰離子電池重要起到啟動點(diǎn)火和回收制動能量的用途。

2016年六月，奔馳推出了一款全新氫燃料動力鋰電池概念車—GLCfuel-cell，由奔馳與福特聯(lián)合開發(fā)，新車將于2017年上市，前期將僅在日本和美國加州投放。奔馳GLCfuel-cell是第一款可外接充電的氫燃料動力鋰電池車型，搭載了一套8kWh的電池組，兩個儲氫罐儲存的能量可供應(yīng)約451km的續(xù)航里程，而搭載的電池組則可以供應(yīng)約48km的續(xù)航里程，新車的總續(xù)航里程可以達(dá)到500km。

奧迪分別于2014年和2016年公布了兩款氫燃料動力鋰電池概念車，A7Sportbackh-tronquattro以及h-tronquattro概念SUV。據(jù)奧迪官方介紹，h-tronquattro采用了大眾第五代燃料動力鋰電池技術(shù)，可在4min內(nèi)充滿氫氣，續(xù)航里程可以達(dá)到600km。

現(xiàn)代在2017年日內(nèi)瓦車展，對外公布下一代燃料動力鋰電池計劃，預(yù)計搭載第四代燃料動力鋰電池技術(shù)的車型將在2018年推出，第四代氫燃料動力鋰電池技術(shù)是基于ix35FCV技術(shù)上而改進(jìn)，將動力效率提升10%，燃料動力鋰電池功率密度新增30%，車重降低20%，從而使續(xù)航里程進(jìn)一步提升，達(dá)到800km。

國內(nèi)外混合動力系統(tǒng)的比較分析

國內(nèi)燃料動力鋰電池混合動力汽車采用的是小功率的燃料動力鋰電池搭載大功率的動力鋰離子電池，與國外大功率的燃料動力鋰電池搭載小功率的動力鋰離子電池不同，除了國內(nèi)燃料動力鋰電池技術(shù)與國外還有一定的差距的原因外，動力系統(tǒng)匹配不同在于運(yùn)行工況有較大的差別。國外城市客車行駛速度較高，加速時間短，正常運(yùn)行時所需的功率較高，配備大功率的燃料動力鋰電池可以保證其正常運(yùn)行，同時能夠供應(yīng)其加速所需的瞬間功率。目前，國內(nèi)燃料動力鋰電池客車重要運(yùn)用于公交車，運(yùn)行速度在40km/h以內(nèi)，動力系統(tǒng)所需功率不高，配備小功率燃料動力鋰電池不但可以滿足其運(yùn)行需求，而且可以降低整車成本，滿足現(xiàn)有市場需求。隨著國內(nèi)燃料動力鋰電池技術(shù)的不斷提高，成本下降，國內(nèi)的燃料動力鋰電池混合系統(tǒng)也將實(shí)現(xiàn)大功率燃料動力鋰電池乃至全功率燃料動力鋰電池的最終目標(biāo)。

表1所示是國內(nèi)外燃料動力鋰電池客車參數(shù)表。如德國戴姆勒奔馳客車其燃料動力鋰電池功率為2×60kW，搭載的動力鋰離子電池能量為26kWh。宇通客車燃料動力鋰電池功率為60kW，而搭載的動力鋰離子電池容量為60kWh。

表1國內(nèi)外燃料動力鋰電池客車參數(shù)表

國內(nèi)的燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)搭載較大容量的動力鋰離子電池，在基本性能與國外車輛相當(dāng)?shù)耐瑫r，整車成本僅為國外的1/3~1/6，與純電動汽車成本相當(dāng)，為我國燃料動力鋰電池客車的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

結(jié)語

燃料動力鋰電池作為一種新型清潔能源，經(jīng)過半個多世紀(jì)的研發(fā)，技術(shù)逐步趨向成熟，特別是在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用空前飛速，受到各國政府的廣泛關(guān)注和政策的大力支持。燃料動力鋰電池混合動力汽車以其能量利用率高、環(huán)境友好、續(xù)航里程長等優(yōu)勢而成為未來的發(fā)展方向。特別是目前國內(nèi)用燃料動力鋰電池搭配較大容量的動力鋰離子電池作為車輛動力源的燃料動力鋰電池混合動力系統(tǒng)，適合我國的國情及產(chǎn)業(yè)化的需求。